大气氮沉降数值模拟的演替进程与模型筛选-干旱区地理.PDF

第36 卷 第3 期 Vol. 36 No.3 2013 年5 月 ARID LAND GEOGRAPHY May 2013 大气氮沉降数值模拟的演替进程与模型筛选① 1，2，3 4 1 1，2 1，2 常运华 ， 刘学军 ， 李凯辉 ， 吕金岭 ， 宋 韦 （1 中国科学院新疆生态与地理研究所中国科学院干旱区生物地理与生物资源重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011； 2 中国科学院大学，北京 100049； 3 西北师范大学地理与环境科学学院，甘肃 兰州 730070； 4 中国农业大学资源与环境学院，北京 100193） 摘 要： 中国是维持全球氮平衡的关键。以大气氮沉降为例，畜禽养殖、化肥施用、能源消耗等人 为扰动致使活性氮的排放量与沉降量正持续走高，欧美已率先开展氮沉降及其引发的环境与经济 后果的评估。中国省级或更大尺度的沉降规模，空间分布和输移途径资料较难获取，大气传输模 型（ATMs）提供了经济可行的解决方案。通过概述ATMs 的演进阶段和代表模型，并为应对我国缺 乏氮沉降模拟专业模型的问题，建立一个总量近百的大气氮沉降相关模型（排放源含NH、NOx和3 SO 的ATMs），以总揽世界模型发展全貌。理论上，模型的检验和相互比较以监测值与模拟值的定2 性分析为基础，中国面临的困境缺乏全国性的统一监测网络在短期内难以解决。事实上，大气氮 沉降模型在污染场和浓度场的模拟过程中受到诸如大气环流、边界层高度等条件的制约进而影响 模拟效果。NH 的特性对模型提出了更高要求。一方面通过参考相关文献归纳各种制约条件的相3 对重要性，另一方面结合模型自身架构（格网大小、垂直精度、气象场获取途径以及扩散模式的选 取）、模拟过程（源排放、干沉降和扩散）、设计意图，力图以定性或半定量的方法探讨各个模型应对 制约条件的能力，比较各自优劣，以期筛选出适用于模拟省域乃至全国大气氮沉降的数值模型。 关 键 词： 大气氮沉降；数值模拟；研究进展；模型筛选 中图分类号： X511 文献标识码：A 文章编号：1000-6060（2013）03-0383-10（383～392） 大气氮沉降意指具化学、生物、辐射活性的含 收仅为17TgN。这部分损失的氮素连同能源消耗、 氮化合物（即活性氮，Nr）由地表排放源排放至大气 畜禽养殖等人为排放的Nr介入到大气，水体，陆地 中，再在大气中经混合、扩散、转化、漂移，直至从大 生态系统，连锁诱发诸如土壤酸化、水体富营养化、 ［5］ 气中移除并降落回地表（或植物冠层）的复杂耦合 生物多样性减少、呼吸道感染 等众多环境和健康 ［6］ ［7］ 过程，计有干沉降、湿沉降、云雾沉降三种形式。氮 效应 ，社会经济也因此蒙受巨大损失 。 ［1］ 沉降是氮素生物地球化学循环的重要环节 ，也是 中国人口稳居世界首位，经济规模（GDP）也已 ［2］ 全球关切的环境问题 。环境问题似乎全部发端于 跻身次席。庞大的人口基数加上民众生活水平的改 工业革命，世界人口也在同期跃升，由此触发了另 善驱使粮食、肉类、奶类、禽蛋、能源需求量持续走 一场“绿色革命”，延绵至今。两次革命在谋求人类 高。可以预见在未来数 10a 内，中国人为Nr的产生 福祉的同时，无一例外地增加了Nr 的排放量，扰乱 量将承接高位走势，实物氮损失